مع نمو اقتصاد الطائرات بدون طيار منخفضة الارتفاع، يزداد استخدام هذه الطائرات ليلاً، حيث تُنفّذ مهامًا تتراوح بين التفتيش الصناعي والمراقبة الأمنية، وصولًا إلى الخدمات اللوجستية والاستجابة للطوارئ. ومع ذلك، تواجه أجهزة الاستشعار البصرية التقليدية، مثل الكاميرات وأنظمة الأشعة تحت الحمراء والليدار، تحديات كبيرة في ظروف الإضاءة المنخفضة. فكثيرًا ما تفشل هذه الأنظمة في اكتشاف العوائق والتنقل بأمان في ظروف الإضاءة المنخفضة أو البيئات الحضرية المعقدة.
في هذه الحالات، يُصبح رادار الموجات المليمترية (mmWave) بتردد 77 جيجاهرتز تقنيةً بالغة الأهمية، إذ يُوفر معلومات دقيقة عن المسافة والسرعة والزاوية بغض النظر عن الإضاءة المحيطة. وقد استُخدمت حلول رادار الموجات المليمترية من Linpowave في عمليات التفتيش الصناعية، ومراقبة مزارع الطاقة الشمسية، والخدمات اللوجستية الحضرية منخفضة الارتفاع، وخدمات الطوارئ، مما يُثبت موثوقيته العملية وسلامته العالية أثناء العمليات الليلية.
التحديات الرئيسية لرحلات الطائرات بدون طيار الليلية
في حين أن الطائرات التجارية الكبيرة لا تحتاج دائمًا إلى رادار mmWave ليلًا، بل تعتمد على الملاحة الشاملة، والتعرف على التضاريس، وتجنب الاصطدام (TCAS)، ورادار الطقس، إلا أن الطائرات المسيرة منخفضة الارتفاع تواجه تهديدات فريدة. فالتحليق بالقرب من الأرض، غالبًا في المناطق المكتظة بالسكان، يعني أن أي قيود في الاستشعار البصري قد تؤدي إلى تصادمات. ولهذا السبب، أصبح رادار mmWave تدريجيًا مستشعرًا أساسيًا لعمليات الطائرات المسيرة الليلية منخفضة الارتفاع، وفقًا لإرشادات إدارة الطيران الفيدرالية ( FAA ) للعمليات الليلية والجزء 107.
النقاط العمياء البصرية الأساسية الثلاثة
1. النقطة العمياء في الإضاءة المنخفضة: لا يوجد ما يكفي من الفوتونات للتخيل
الإضاءة الكافية ضرورية للكاميرات لالتقاط صور دقيقة. في البيئات شديدة الظلام، تنخفض نسبة الإشارة إلى الضوضاء، مما يؤدي إلى اختفاء نقاط المعالم، وأخطاء في تقدير العمق، وعدم نجاح اكتشاف العوائق. أثناء تفعيل الليدار، قد يتدهور أداؤه بسبب انخفاض عوائد الفوتونات أو انعكاس المسارات المتعددة. وفقًا لبحث أجراه معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، يمكن لرادار الموجات المليمترية (mmWave) توفير تحديد مواقع ثابت حتى في البيئات الداخلية المظلمة تمامًا، مما يسمح للطائرات بدون طيار بتعويض المعلومات البصرية المفقودة.
الطائرات بدون طيار غير المجهزة برادار معرضة لخطر الاصطدام بعوائق رقيقة مثل خطوط الكهرباء أو أغصان الأشجار. تُظهر الطائرات بدون طيار التجارية، مثل JOUAV CW-15، رحلات تفتيش ليلية مستقرة عند دمج رادار mmWave مع أجهزة استشعار بصرية ( دليل JOUAV للرؤية الليلية للطائرات بدون طيار ).
2. تشمل النقاط العمياء للطقس السيئ الضباب والمطر والثلوج.
يؤدي الضباب والمطر والثلج إلى تشتيت الضوء أو امتصاصه، مما يحد من فعالية ودقة أجهزة الاستشعار البصرية. قد تنتج الكاميرات صورًا ضبابية أو منخفضة التباين، بينما قد تنتج ليزرات الليدار صدىً زائفًا من قطرات المطر. يعمل رادار الموجات المليمترية بأطوال موجية (3-10 مم) قادرة على اختراق هذه الظروف بأقل قدر من التوهين، مما يسمح بكشف مستقر حتى في حالات هطول الأمطار الغزيرة. على سبيل المثال، تم التحقق من صحة منتجات رادار TI بتردد 76-81 جيجاهرتز للكشف عالي الدقة في الأحوال الجوية السيئة ( رادار TI mmWave ).
بدون الرادار، قد تخطئ الطائرات بدون طيار في تقدير المسافات، أو تفشل في اكتشاف العوائق، أو تنحرف عن المسارات المخطط لها، مما يؤدي إلى فشل المهمة أو وقوع حوادث في العمليات اللوجستية الليلية في المناطق الحضرية وعمليات الاستجابة للطوارئ.
3. النقطة العمياء للغبار والدخان والجسيمات
تتداخل جزيئات الدخان والغبار والرمال مع مسارات الضوء البصري، مما يؤدي إلى تشويش الصور أو فقدان البصر تمامًا. قد تواجه أجهزة الاستشعار البصرية صعوبة في تمييز الأهداف عن الخلفية في العواصف الغبارية أو البيئات الصناعية. يكتشف رادار الموجات المليمترية أجسامًا متعددة باستخدام مبادئ الموجة المستمرة المعدلة تردديًا (FMCW) التي تحلل تحولات التردد وإشارات دوبلر، مما يسمح بتتبع العوائق بفعالية حتى من خلال الجسيمات. تُنتج الأنظمة العسكرية، مثل نظام DVEPS المستخدم في عمليات الطائرات العمودية، خرائط ثلاثية الأبعاد للتضاريس من خلال الجمع بين رادار الموجات المليمترية والأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة لتجنب حوادث الهبوط في ظروف انخفاض الجهد (تقييم سلامة الطائرات بدون طيار من وكالة سلامة الطيران الأوروبية).
تعمل منتجات الرادار mmWave التجارية، مثل حلول Foxtech 24GHz، بمعدلات تحديث عالية (50 هرتز+) في البيئات المليئة بالغبار، مما يسمح بتجنب العوائق ذات زمن الوصول المنخفض.
الفوائد الرئيسية لرادار الموجات المليمترية للطيران الليلي
يعتبر الاستشعار النشط مستقلاً عن الضوء المحيط، مما يسمح بالتشغيل الآمن في الظلام الكامل.
قدرة اختراق قوية: التعرف على العوائق من خلال الدخان والضباب والمطر والثلج.
قياس السرعة: يوفر بيانات دقيقة للسرعة النسبية لتجنب العوائق الديناميكية.
يتم دعم تخطيط المسار في الوقت الفعلي والاستجابة السريعة للتصادم من خلال الدقة العالية ومعدل التحديث.
يزداد انتشار رادار الموجات المليمترية الصناعية كطبقة استشعار قياسية للطائرات بدون طيار العاملة ليلاً، وفي ظروف الإضاءة المنخفضة، أو في بيئات معقدة. للاطلاع على المواصفات والتطبيقات التفصيلية، يُرجى زيارة صفحة منتجات Linpowave.
Sensor Fusion هو الحل الهندسي للملاحة الليلية للطائرات بدون طيار.
يتيح الجمع بين المستشعرات البصرية ورادار الموجات المليمترية ووحدات IMU/GNSS للطائرات المسيرة الحفاظ على وعي ثابت بالوضع. توفر الرؤية معلومات دلالية ونسيجية، ويوفر الرادار البنية الهندسية والسرعة النسبية، بينما توفر وحدات IMU/GNSS مرجعًا مكانيًا وزمانيًا. يُحسّن دمج تدفقات البيانات هذه مع محاذاة زمنية ومكانية مناسبة من اكتشاف العوائق، ويُقلل من النتائج الإيجابية الخاطئة، ويسمح برحلة ذاتية مستقرة، حتى في البيئات الحضرية المظلمة أو المواقع الصناعية أو حالات الطوارئ.
الأسئلة الشائعة
هل تستطيع الطائرات بدون طيار الطيران ليلاً باستخدام أجهزة الاستشعار البصرية فقط؟
نعم، في ظل ظروف مُراقبة، لكن الخطر يزداد في حالة الضباب أو الدخان أو الظلام الدامس. يُنصح بشدة بدمج أجهزة الاستشعار باستخدام رادار الموجات المليمترية.
هل يستطيع رادار mmWave اختراق الضباب والمطر؟
بالمقارنة مع الضوء المرئي، فإن رادار mmWave لديه الحد الأدنى من التوهين في الضباب والمطر، مما يؤدي إلى عوائد مستقرة؛ يتم تحديد الأداء من خلال التردد وعرض النطاق وتصميم الهوائي.
هل يمكن استخدام كاميرات الأشعة تحت الحمراء لتحل محل رادار mmWave؟
تُحسّن الأشعة تحت الحمراء الرؤية في ظروف الإضاءة الخافتة، لكنها تتأثر بالدخان والتباين الحراري. ولا يمكنها توفير بيانات مباشرة للسرعة أو البيانات الهندسية بنفس طريقة رادار الموجات المليمترية.
هل رادار mmWave وحده كافٍ لاكتشاف العوائق؟
تُوفّر الرؤية سياقًا دلاليًا بالإضافة إلى التجنب الأساسي. ويُستخدم دمج الرؤية الرادارية في الأنظمة الحديثة لتوفير أداء قوي.
هل يؤدي دمج رادار mmWave إلى جعل الطائرات بدون طيار أكثر تعقيدًا؟
تتميز وحدات الرادار الحديثة بتردد 77 جيجاهرتز بأنها خفيفة الوزن ومنخفضة الطاقة ومتكاملة للغاية، مما يجعلها مناسبة لمنصات الطائرات بدون طيار التجارية.